Хлорофилл эволюция

Считается, что на ранней стадии существования Земли в атмосфере не было свободного кислорода. Атмосфера была восстановительной и состояла из На, СН , NHз, N2 и Н2О либо только из аммиака и метана. Химическая эволюция органического вещества началась примерно 4 млрд. лет тому назад. Возникшие гетеротрофные организмы научились использовать солнечный свет, стали независимыми и при дальнейшей эволюции не испытывали недостатка в пище. Эти свойства имеют и некоторые пурпурные бактерии, существующие в настоящее время. Они ведут себя подобно гетеротрофам и используют органические соединения, но содержат также хлорофилл, с помощью которого совершается фотосинтез [c.61]

Таким образом находясь в атмосфере, содержащей аммиак и азот, бактерии, а позже и растения, содержащие хлорофилл, должны были создать в ходе эволюции разнообразные АС, например белки, алкалоиды п др., входящие в состав растений и животных. Поскольку происхождение нефти связано в превращениями захороненного органического материала, разнообразные трансформированные АС в тех или иных количествах должны присутствовать в нефти. Их количество, состав и структура зависят от условий нефтеобразования — времени, температуры, исходного вещества, геологического окружения, деятельности бактерий, состава вод и др. Составы исходного (древнего) и современного органического материала примерно одинаковы и очень разнообразны. Поэтому кажется удивительным и до конца непонятным относительно однообразное и в целом сходное распределение АС в нефтях различного возраста и происхождения. В сущности АС могут либо быть трансформированными химическими ископаемыми, либо являться продуктом вторичных превращений азотсодержащих компонентов осажденного органического материала. Поэтому важно рассмотреть в общих чертах состав исходного органического материала и возможные пути его превращения в АС нефти. [c.61]

Пигментные наборы фотосинтезирующих эубактерий позволяют им использовать весь диапазон длин волн падающей на Землю солнечной энергии (рис. 71 см. рис. 35). Обращает внимание большое различие в спектрах поглощения у представителей разных групп фотосинтезирующих организмов и прежде всего существенные сдвиги в максимумах поглощения хлорофиллов в красной области спектра. Несомненно экологическое значение этого явления, позволяющего избегать конкуренции за свет между разными группами фотосинтезирующих организмов. Что же касается эволюции спектров поглощения хлорофиллов, то очевидна тенденция к перемещению в более коротковолновую часть спектра с более высоким энергетическим уровнем. [c.272]

Извлекать металлы из окружающей среды способны все микроорганизмы, поскольку такие металлы, как железо, маг-еий, цинк, медь, молибден и многие другие входят в состав ферментов или пигментов, подобных цитохромам или хлорофиллам. В ряде случаев металлы накапливаются микроорганизмами в значительных количествах в бактериальной клетке могут содержаться ионы калия в концентрации 0,2 М, даже если в среде калий присутствует в концентрациях 0,0001 М и ниже. В ходе эволюции у микроорганизмов сформировались системы поглощения, специфичные к определенным металлам и, способные к значительному их концентрированию. В результате метаболических реакций, протекающих у микроорганизмов, могут происходит различные превращения металлов выделяе- [c.205]

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОБРАЗОВАНИИ, ПРОИСХОЖДЕНИИ И ЭВОЛЮЦИИ ХЛОРОФИЛЛА И ГЕМОГЛОБИНА [c.187]

ИХ пигментов во-вторых, объяснить, каким образом хлорофилл мог образоваться не только у растительных, но и у животных организмов, а гемоглобин — у простейших и растений в-третьих, нарисовать общую картину происхождения и эволюции этих пигментов в историческом развитии жизни на Земле. [c.189]

Изучение вопросов образования и распространения хлорофилла и гемоглобина в значительной мере способствовало уяснению общей картины происхождения и эволюции этих пигментов в процессе развития жизни на нашей планете. Корни родства обоих пигментов уходят далеко в глубь веков. Согласно В. Л. Ко-марову, 22 истоки жизни на Земле следует относить к археозойской эре, не оставившей нам никаких следов о первичных формах живых существ. [c.193]

Таким образом, имеющиеся воззрения по вопросу эволюции хлорофилла или, образно выражаясь, его филогенезе , а также сравнение их с новыми представлениями о биосинтезе хлорофилла в растении или его онтогенезе дают возможность предположить, что процесс исторического развития хлорофилла протекал следующим образом [c.197]

По А. А. Красновскому первичными аппаратами для использования энергии света были, вероятно, порфирины. У наиболее древних видов бактерий — автотрофов — обнаружено наличие свободных порфиринов. Бактерии действовали в восстановительной атмосфере, которая была характерна для ранних периодов истории Земли, и содержали восстановленную форму порфирина. Однако свободные порфирины в силу особенностей их спектра не могут обеспечить достаточно полного использования видимой части солнечного спектра. Последующая эволюция усовершенствовала аппарат и привела к образованию хлорофилла внедрение магния в структуру порфирина вызвало повышение активности последнего и, кроме того, магний укрепил связи хлорофилла с белком. [c.208]

НИИ гема гемоглобина, хлорофилла и др. В этом ярко проявляется взаимосвязь эволюции растительных и животных организмов. Очевидно, это можно объяснить общими предками на отдаленных стадиях эволюции, а также использованием животными растительной пищи. [c.170]

Для использования СО2 в ходе эволюции возник механизм фотосинтеза, в процессе которого СО2 превращается в органическое соединение за счет энергии солнечного излучения. Взаимодействие солнечного света с пигментной молекулой - хлорофиллом - переводит электрон в более высокое энергетическое состояние. Энергия, высвобождаемая при обратном переходе электрона на более низкий энергетический уровень, направляется молекулами белка на проведение химических реакций. [c.26]

Несмотря на такое разнообразие пигментов, хлорофилл в процессе эволюции занял первое место в борьбе за завоевание суши. Таким образом, оптические свойства хлорофилла следует рассматривать как результат исторического процесса приспособления на емных растений к использованию солнечной радиации. [c.172]

Структура молекулы хлорофилла, отобранная в процессе эволюции из многих других органических пигментов, прекрасно приспособлена к своим функциям сенсибилизатора фотохимических реакций. В ее состав входят 18 делокализованных я-электронов (представленных в структурной формуле хлорофилла в виде 18-членного кольца из конъюгированных двойных связей), что делает молекулу хлорофилла легко возбудимой при поглощении квантов света. [c.72]

Практически не существует принципиальных различий между структурами антенн и молекул хлорофилла из центров фотореакций. Они различаются лишь способом локализации молекул относительно друг друга в матрице фотосинтетической мембраны [155]. Из-за иной природы энергии первобытной эры (наличие сильной УФ-радиации) и, конечно, из-за изменений окружающей среды во времени структуры фотовозбуждаемых молекул, а также надмолекулярные матрицы должны были отличаться от современных. Следовательно, существующая пропасть между двумя фотосинтезирующими системами была преодолена лишь в ходе эволюции. Представляется естественным, чтобы имитирующие эволюцию эксперименты были направлены на выявление некоторых более простых фотовозбуждаемых пигментов, которые могли появиться одновременно с другими главными биополимерными структурами и участвовали в надмолекулярных образованиях. В табл. 6 содержатся данные о синтезе порфиринов в этих условиях. [c.32]

Один максимум поглощения света хлорофиллом приходится на красную (с длиной волны 680 тц) и другой, меньший,— на сине-фиолетовую (440 т(х) части солнечного спектра, в то время как максимальная интенсивность света, достигающего поверхности Земли, приходится на сине-зеленую и зеленую части спектра. К. А. Тимирязев, изучавший оптические свойства хлорофилла, пришел к выводу, что зеленое растение в процессе эволюции приспособилось поглощать именно те лучи, которые несут больше энергии. Но красные лучи, как известно, несут значительно меньше энергии, чем коротковолновые синие и фиолетовые. Оказалось, что хотя фотон красного света несет мало энергии, ее достаточно для фотохимического эффекта одной молекулы, а красные лучи несут больше фотонов, чем синие и фиолетовые именно поэтому растения и приспособились поглощать их в большем количестве. [c.72]

Климент Аркадьевич Тимирязев (1843—1920) оказал огромное влияние на развитие дарвинизма в России. Свою исследовательскую деятельность он посвятил изучению фотосинтеза как процесса, с которым связана жизнь на Земле. Тимирязев первым обратил внимание на космическую роль зеленых растений (см. главу IV) и показал применимость закона сохранения энергии к процессу фотосинтеза. Тимирязев установил, что хлорофилл является наиболее совершенным поглотителем энергии, который смог возникнуть в процессе эволюции как следствие отбора. Он показал, что зеленая окраска большинства растений выработалась в течение длительной эволюции и в высокой степени приспособлена для поглощения солнечной энергии. [c.259]

Вся эволюция аэробных организмов, в том числе и человека, обеспечивается побочным продуктом, выделяющимся в этом процессе,— молекулярным кислородом. Имеющийся в кровяном русле млекопитающих специальный пигмент гемоглобин доставляет кислород из легких в клетки и ткани организма. Он состоит из белка глобина, связанного с простетической группой — пигментом, известным под названием гем. Поражает очень близкое сходство в строении гема и хлорофилла. Это дает основание полагать, что в процессе эволюции оба пигмента имеют общее происхождение. [c.216]

Прохлорофиты привлекают к себе большое внимание в связи с проблемами эволюции фотосинтетического аппарата и возникновения фотосинтезирующих эукариот. Сравнение прохлорофит с цианобактериями и хлоропластами зеленых водорослей и высших растений обнаруживает черты сходства как с фотосинтетически-ми органеллами эукариот (организация тилакоидов, состав хлорофиллов), так и с цианобактериями (клеточное строение, состав каротиноидов, липидов, некоторые особенности метаболизма, последовательность оснований 165 рРНК). Для ответа на вопрос, в каком отношении прохлорофиты находятся с цианобактериями (развивались ли независимо и параллельно с цианобактериями, возникли ли из их предшественников, потерявших способность синтезировать фикобилипротеины, или, наоборот, цианобактерии возникли из прохлорофит), необходимо дальнейшее сравнительное изучение обеих групп эубактерий с фотосинтезом [c.323]

Известно, что тетрапиррольная структура является основой большого количества соединений, таких как витамин В 2 гем, билирубин, корриноидов, их производных и т.д. Очень древнее происхождение корриноидных структур подтверждает то, что их на-, ходили в метеоритах и лунных образцах. Считают, что порфири-ны являются более молодыми соединениями, они явились основой для синтеза гема и хлорофилла. Следует вспомнить, что эволюция происходила от более восстановленных соединений к более окисленным, от полярных молекул к неполярным, от переноса групп к переносу электронов и кислорода. При сравнении порфиринов и корриноидов ясно, что корриноиды являются более восстановленными, более полярными, чем порфирины, соединениями, а глав- [c.289]

Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи - признаки жизни . Л. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на ко-тором.видна ее тонкая и сложная структура темные образования-это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.

Сопоставление схем эволюции гемоглобина и хлорофилла наглядно свидетельствует о том, что исходным веществом как того, так и другого пигмента было одно и то же вещество — порфирин. Разумеется такое сопоставление дает лишь очень схематичное представление о сравнительном развитии гемоглобина и хлорофилла. Благодаря новым успехам био- и палеохимии оио в будущем приобретет более развернутый вид. Однако и та схема, которую мы можем представить себе сейчас, дает возможность сделать вполне достоверный вывод об общности происхождения хлорофилла и гемоглобина. [c.197]

В результате краткого прослеживания истории вопроса о генетической связи хлорофилла и гемоглобина мы с полным основанием можем утверждать, что ках возникновение, так и последующее успешное развитие этой проблемы в значительной мере обязаны трудам русских исследователей. В отличие от зарубежных ученых русские биохимики изучали химизм растительных и животных пигментов с учетом их химической и генетической общности. Советскими биолога1ми впервые были выдвинуты представления об эволюции хлорофилла и гемоглобина в процессе исторического развития органического мира. [c.197]

Другое возражение против теории Энгельмана состоит в том, что многие красные водоросли живут на поверхности или неглубоко под поверхностью воды и что фикобилины имеются также и в сине-зеленых водорослях, которые представляют собой поверхностные организмы. Известно, однако, что красные водоросли часто склонны под воздействием солнечного света терять свой фикобилин и становиться зелеными (см. т. I, гл. XV) но если даже для многих из них (так же как и для сине-зеленых водорослей) присутствие фикобилина является полезным или, по крайней мере, безвредным и при жизни на поверхности, то это еще не доказывает, что фикобилины не являются пигментами, первичным назначением которых было приспособление водорослей к фотосинтезу глубоко под водой. Можно задать себе вопрос — особенно в свете экспериментов Блинкса, — не является ли фотосинтез при помощи фикобилинов более старым процессом, чем фотосинтез с использованием хлорофилла возможно, что образование зеленого пигмента и замена им фикобилинов являются результатом более поздней эволюции, при которой растительная жизнь, возникшая в глубинах океана, мигрировала на поверхность воды и затем распространялась на сушу. [c.632]

В книге Основы фотосинтеза в сжатой и доступной форме излагаются основные вопросы биофизики, биохимии и физиологии фотосинтеза представления об эволюция фотосинтеза, химяческ01м составе и структуре фотосинтетического аппарата, поглощении квантов света пигментами, окислительно-восстановительных реакциях, протекающих с участием хлорофилла, о поглощении и выделении нислорода хлоропластами, фотосинтетическом фосфорилировании и механизме образования АТФ, реакциях усвоения СОз и образовании в процессе фотосинтеза углеводов, органических кислот, аминокислот, о регуляции фотосинтеза, оттоке ассимилятов, связи фотосинтеза и урожая. [c.2]

В нашу задачу не входит обсуждение вопроса о появлении и эволюции протобиологических систем. На этот счет имеется несколько точек зрения. Наиболее привлекательной из них можно считать гй потезу Опарина, который придает большое значение появлению коацерватов и в последнее время — фотохимическим окислительновосстановительным реакциям в них, протекающим с участием порфиринов. Возможность осуществления в коацерватных каплях окислительно-восстановительных реакций с участием хлорофилла, восстановленной формы аскорбиновой кислоты и красителя (метиловый красный), выступающего в роли окислителя, была доказана [c.15]

Важные защитные функции катализаторов очень отчетливо выражены в способности организма быстро синтезировать ферменты и даже целые системы ферментов, предназначенные для химического разрущения и обезвреживания посторонних веществ, угрожающих хаотизацией биохимическим механизмам клетки. Особенно ярко стабилизирующая и защитная функции катализаторов проявились в ходе биохимической эволюции. В раннюю эпоху развития жизни организмы были анаэробами. Различные виды их располагали системой катализаторов, сходной стой, которая имеется у аэробов, однако у них не было цитохромоксидазы. Камен указал, что анаэробы, синтезирующие хлорофиллы, отличные от тех, которые нужны для фото-синтетического образования кислорода, не могут жить в атмосфере, содержащей даже следы кислорода, и, таким образом, отсутствие цитохромоксидазы играет решающую роль в их судьбе. Так, появление соответствующих каталитических аппаратов не только устраняет опасность, но и превращает внешний химический фактор в нормальный и полезный элемент согласованно действующей каталитической системы. Вполне закономерно все последующее развитие базировалось на синтезе разнообразных катализаторов и совершенствовании механизмов их согласованного действия. [c.39]

Появлеине фотосинтеза стало возможным лишь после ряда важных изменений в биохимических механизмах живых систем и накопления достаточных количеств СО2 в окружающей среде. Способность улавливать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в биологически полезную форму не могла развиться раньше, чем появились пигментные соединения типа хлорофиллов и цитохромов. Хлорофиллы поглощают солнечное излучение, и в результате электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Затем эти электроны перетекают по цито-хромам в электронпереносящей цепи, и в этом процессе энергия каждого электрона последовательно уменьшается небольшими скачками, причем значительная часть высвобождающейся энергии улавливается в биологически полезной форме (АТФ и НАДФ-Н). Эта последовательность событий — поглощение энергии солнечного света пигментными веществами, а затем преобразование ее в форму, доступную для использования в процессах метаболизма, — представляет собой первый фотосинтетиче-ский механизм, возникший в ходе эволюции, и называется фотофосфорилированием. [c.39]

На различных стадиях эволюции у организмов появились и другие фотохимические системы, кроме хлорофилльной ([702] и др.), в частности системы, регулирующие фототаксис, тропизм и дифференцировку (система фитохрома). Светочувствительные соединения, входящие в эти системы, в некоторых случаях родственны хлорофиллу, напрнмер фико- [c.92]

Поскольку они занимают одну и ту же нишу по отношению к свету, которая ограничивается плотностью хлорофилла на единицу обитаемой поверхности с самозатенением как верхним пределом, то величина первичной продукции приблизительно постоянна в пределах 10 Гт С/год, где п, судя по современной продукции, равно 1-2. Вклад каждой группы фотоавтотрофов менялся в течение эволюции и в зависимости от талассо- или теократических эпох и климата. Выход растений в аэротоп - воздушную среду обитания - увеличил обитаемую поверхность (рис. 8.2). [c.299]

Роль порфиринов в структуре и функции гемоглобина, хлорофилла, цитохромов и других биологических соединений хорошо известна. Не ясно, было ли присутствие иорфиринов необходимым для появления живых систем. Несомненно, однако, что появление порфиринов на определенной стадии эволюции сыграло очень важную роль в повышении эффективности процессов окисления и. восстановления. [c.185]

Для понимания роли света в добиологической эволюции важным является тезис об отсутствии молекулярного кислорода в атмосфере первобытной Земли жизнь возникла и сделала свои первые шаги в бескислородной среде. Как уже отмечалось в гл. IV, кислород обязан своим происхождением деятельности фотосинтезирующих организмов. Условиями появления фотосинтеза были серия изменений в биохимических механизмах живой системы, накопление углекислоты в окружающей среде, создание хлорофилла, переносчиков электронов и всего фотосиптетического аппарата. Помимо данных геохимии о составе первобытной атмосферы (например, восстановительный характер древних пород) существуют весомые, чисто биологические аргументы в пользу зарождения и достаточно длительной эволюции жизни в бескислородной среде. В самом деле, в организмах протекает множество биохимических реакций и превращений, отличительная особенность которых состоит в том, что они осуществляются так, чтобы любым способом избежать участия молекулярного кислорода. Как отмечают Хочачка и Самеро, основной скелет промежуточного обмена носит строго анаэробный характер метаболические реакции, протекающие при прямом участии кислорода, немногочисленны и к тому же представляют собой позднейшие эволюционные пристройки к уже способному функционировать анаэробному каркасу . Предполагается, что первый кислород атмосферы был своеобразным ядом для организмов, и они стремились его дезактивировать. [c.352]

Прохлорофиты привлекают к себе большое внимание в связи с проблемами эволюции фотосинтетического аппарата и возникновения фотосинтезирующих эукариот. Сравнение прохлорофит с цианобактериями и хлоропластами зеленых водорослей и высших растений обнаруживает черты сходства как с фотосинтетическими органеллами эукариот (организация тилакоидов, состав хлорофиллов), так и с цианобактериями (клеточное строение, состав каротиноидов, липидов, стеролов, некоторые особенности метаболизма, последовательность оснований 165-рибосомной РНК). Для ответа на вопрос, в каком отношении прохлорофиты находятся с цианобактериями (развивались ли независимо и параллельно с цианобактериями, возникли ли из их предшественников, потерявших способность синтезировать фикобилипротеиды, или наоборот цианобактерии возникли из прохлорофит), необходимо дальнейшее сравнительное изучение обеих групп прокариот с фотосинтезом кислородного типа. В настоящее время прохлорофиты рассматриваются в качестве возможных эндосимбионтов, последующая эволюция которых привела к возникновению хлоропластов зеленых водорослей и высших растений. [c.285]

Высшие растения-паразиты, использующие готовые органические вещества, — это, как правило, высокоспециализированные однолетники или многолетники с редуцированными или полностью утраченными в ходе эволюции листьями, а часто и корнями. Имеются виды, совершенно лишенные хлорофилла и не спосо ые к фотосинтезу. К ним относится, например, заразиха Orioban he), паразитирующая на корнях многих культурных растений. Ее семена прорастают лишь под влиянием корневых выделений растения-хозяина. Как только кончик зародышевого корня проростка соприкоснется с корнем хозяина, он преобразуется в гаусторию (присоску), начинающую выделять гидролазы, растворяющие клеточные стенки, и активно внедряющуюся в корень. В период роста и развития заразиха поглощает большое количество азотистых веществ, углеводов и минеральных элементов, особенно фосфора, а также воду из корней растений-хозяев. В растениях томатов, пораженных заразихой, содержание, например, белкового азота снижается в 3 раза, а сахаров — в 16 раз. Другой пример корневого паразита — петров крест (Lathraea sqmmarid), паразитирующий на корнях деревьев и кустарников. [c.280]

Основное отличие между растениями и животными заключается в характере обмена веществ. Подавляющее большинство растений имеет аутотбтрофиый тип обмена. Почти все они обладают хлорофиллом и способны к фотосинтезу. Кроме того, к растениям относятся организмы, у которых хлорофилл утрачен илн не появился в процессе их эволюции. [c.286]

По всей вероятности, одной из первых реакций с использованием солнечного света было фосфорилирование нуклеотидов с образованием АТР - богатого энергией соединения. Другой важный этап в ходе эволюции - создание восстановительной силы (восстановительных эквивалентов). Дело в том, что атомы азота и углерода в СО2 и N2 атмосффы находятся в инфтном окисленном состоянии, и один из путей сделать их более реакционноспособными, с тем чтобы они могли участвовать в биосинтезе, - это восстановить их, т.е. передать им электроны. Восстановление идет следующим образом. Хлорофилл, используя энергию солнечного света, отбирает электроны у слабых доноров электронов и переносит их на сильные доноры электронов, которые в свою очередь используются для восстановления СО2 и N2. Анализ механизмов фотосинтеза у современных бактерий позволяет сделать вывод о том, что одним из пфвых источников электронов был H2S, конечным продуктом обмена (метаболическим отходом) которого должна была быть элементарная сера. Значительно позже развился куда более сложный, но, как оказалось, более полезный процесс извлечения электронов из Н2О. В результате в качестве отхода в земной атмосфере начал накапливаться кислород. [c.26]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология